DE6610878U - Einrichtung zur erzeugung eines differentialaruckes - Google Patents

Description

: Pfatöntärtwälte ' :". . ^;

Dlpl.-Ing Dlpl.-Chom. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser. - G. Leiser

Ernsborgorstrosoo 19

8 München 60

Z 11 157/42e Gbm · 6. August 1980

John Zink Company

Unser Zeichen: Z 415x

Einrichtung zur Erzeugung eines Differentialdruckes

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung eines Differentialdruckes innerhalb einer Rohrleitung, in der eine Einschnürung oder Verengung vorgesehen ist, welche der Erzeugung einer Druckdifferenz zur Anzeige der Strömungsgeschwindigkeit dient oder Steuerorgane betreibt, welche die Flüssigkeitsströmung im Rohr regulieren.

Es ist bereits ein Venturi-Meter zur Messung der Strömung von Flüssigkeiten mit einem Minimum an Druckabfall über die Meßeinrichtung verwendet worden, wobei das Venturi-Meter eine geeignete Anordnung zum Abtasten der Strömung der Flüssigkeit in der Rohrleitung darstellt und die Kosten zur Erzeugung eines zusätzlichen, den Druckverlust in der Leitung kompensierenden Druckes vermeidet. Wenn das Venturi-Meter mit kleinsten Toleranzen hergestellt wird, erreicht es einen Nutzeffekt in der Größenordnung von 95 % bis 99 %. überschreiten während der Herstellung Änderungen in den Abmessungen diese Toleranzen, so werden die Genauigkeit und

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der Nutzeffekt der Einrichtung nachteilig beeinflußt, und der Druckverlust in der Rohrleitung ist deutlicher ausgeprägt. Es ist möglich/ Konstruktionen mit gegeneinander verlaufenden konischen Teilen und einer dazwischenliegenden Verengung zu einem angemessenen Preis herzustellen] wenn der Durchmesser der rohrförmigen Anordnung etwa 10 cm (4") oder weniger beträgt. Das Herstellen solcher Konstruktionen für Anordnungen mit größerem Durchmesser bringt unerschwingliche Kosten mit sich_r wobei die Kosten mit dem Anwachsen des Durchmessers des Gerätes ansteigen.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Gerät zur Erzeugung yon Differentialdrücken in einer Rohrleitung zu schaffen, in der die konischen Abschnitte und die Verengung aus einem leichten Meßgeräte-Blechmaterial geformt und in einem einen Teil der Rohrleitung bildenden Rohrabschnitt angeordnet werden, um damit ein Venturi-Meter innerhalb einer Rohrleitung beliebigen Durchmessers zu annehmbaren Kosten zu schaffen und ein Gerät zu liefern, das ohne Zerstörung des Blechmaterials die gewünschten Drücke handhabt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Gerätes zur Erzeugung größerer Druckdifferenzen infolge der in der Verengung eines üblichen Venturi-Meters stattfindenden Energieumsetzung, um damit die die Strömung abtastende Anordnung zu befähigen, Strömungsgeschwindigkeiten bis herab zu ungefähr 45 cm/Sek. (1,5 ft/sec.) anzuzeigen.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt; es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Abschnitts einer Rohrleitung, in welcher die Erfindung Verwendung findet;

F*.g. 2 einen axialen Längsschnitt durch den Rohrabschnitt gemäß Fig. 1, der die Konstruktion zur Erzeugung von Druckdifferenzen darstellt;

Fig. 3 die im Bereich der linken Seite der Fig. 2 dargestellten Elemente in vergrößertem Maßstab;

Fig. 4 einen vergrößerten Schnitt längs der Linie 4-4 der Fig. 1;

Flg. 5 eine schematische Darstellung eines üblichen Venturi-Meters.

Die Erfindung ist auf eine Anordnung innerhalb eines Rohres

jj gerichtet, das ein Teil der Rohrleitung ist, die eine Flüssigkeit führt, von welcher die Strömungsgeschwindigkeit bestimmt jwerden soll. Der Rohrabschnitt 10 kann in herkömmlicher Weise aus Grob-Material hergestellt sein, das den Drücken standhält, Eiit welchen die Flüssigkeit in der Rohrleitung fließt. Der !Rohrabschnitt 10 kann jede geeignete Größe und einen Durchmesser größer als etwa 10 cm (4") haben; er kann an den Enden mit Flanschen 11 und 12 zur Verbindung mit weiteren Rohrabischnitten der Rohrleitung 15 ausgerüstet sein. Die Flußrichvtung verläuft in der Zeichnung von links nach rechts in der vom Pfeil 14 in Fig. 2 gezeigten Richtung.

;Zur Ausführung der Erfindung sind die gegeneinander konisch verlaufenden Abschnitte sowie die Verengung der Konstruktion/ welche die Druckdifferenzen als Folge der durch die Verengung fließenden Flüssigkeit erzeugt, aus einem z.B, leichten Meßgeräte-Blechmaterial hergestellt. Durch diese Anordnung werden Maschinenbearbeitungskosten und andere Herstellungskosten eingespart, die bei der Herstellung dieser Abschnitte anfallen, wenn sie als Ganzes zusammen mit der Wand des

Rohres 10 angefertigt werden. Der Aufbau innerhalb des Rohrabschnitts 10 umfaßt einen ersten kegelstumpfförmig verlaufenden konischen Teil oder ein Element 16, welches in Richtung des Strömungsflusses in die Verengung 17 ,-. konvergiert. Der daran abschließende rohrförmige Aufbau

% umfaßt einen zweiten kegelstumpfförmig verlaufenden Teil

oder ein Element 18, welches von der Verengung 17 aus in "Richtung des Strömungsflusses konisch auseinanderläuft. ' Der konische Teil 18 hat an seinem stromabwärts gelegenen Ende 19 einen Durchmesser, der nur geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Rohrabschnitts 10 ist. Dieses ' stromabwärts gelegene Ende 19 ist nicht an dem Rohr 10

befestigt, sondern bildet mit der Außenseite des Elementes ,, 18 und der Innenseite des Rohres 10 einen kreisförmigen ! Durchlaß 24. Das stromaufwärts gelegene Ende 21 des ein

ν Energieumsetzungssystem bildenden Blechmaterials ist an

dem Rohr 10, wie in Fig. 3 dargestellt, befestigt.

Der ringförmige Durchlaß 24 zwischen der Außenseite des Endes 19 und der Innenoberfläche 22 des Rohres 10 läßt die unter Druck stehende Flüssigkeit in den ringförmigen Bereich 26 eindringen, der sich zwischen der Außenseite der Blechmaterialanordnung und detti Rohr 10 befindet. Auf diese Weise werden die verhältnismäßig dünnen Wände des

ν Energieumwandlers während des Gebrauchs der Anordnung nicht

verbogen oder zerstört, da kein ausreichender Druckunterschied zwischen der Innenseite und der Außenseite der Blechmaterialanordnung besteht. Die Herstellung der Teile 16 und 18 aus Blechmaterial vereinfacht die Anfertigung unter Einhaltung von Toleranzen, welche einen Nutzeffekt in der Nähe von 100 % liefern, und mit einem Bruchteil der Kosten, welche erforderlich sind, um die konischen inneren Oberflächen aus dem Inneren eines langen Rohres herauszuarbeiten. Das Fehlen der Befestigung des Endabschnitts des

Teils 19 am Rohr 10 schafft eine Anordnung, die alle Unterschiede der Ausdehnungskoeffizienten der die Energie umsetzenden Anordnung und des Rohres aufnimmt, ohne daß dabei unerwünschte Spannungen in der Blechkonstruktion hervorgerufen werden.

Eine erste zum Teil aus einer Röhre 28 geformte Drucksonde 27 ist an der Außenseite der Blechanordnung angeschweißt und erstreckt sich durch eine Öffnung in der Wand des Rohres 10. Die Röhre 28 kann an ihrem äußeren Ende mit einem Anschlußstück 29 versehen sein. Eine kleine öffnung 31 ist im Blechmaterial an der Verengung 17, wie in Fig. 3 und 4 dargestellt, angebracht, und zwar innerhalb des Umfangs der Röhre 28. Eine zweite Drucksonde 32 von ähnlichem Aufbau besteht aus einer Röhre 33, welche sich durch eine öffnung in. der Wand des konischen Teils 16 erstreckt. Das innere Ende der Röhre 33 ist, wie in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 34 dargestellt, verschlossen. Die Röhre 33 ragt etwas in den verengten Teil der Anordnung, jedoch nicht in einen Bereich innerhalb des Durchmessers der Verengung 17. Die Röhre 33 kann an den konischen Teil 16 angeschweißt sein und erstreckt sich durch eine öffnung in der Wand des Rohres 10. Ein Anschlußstück 36 kann an dem äußeren Ende der Röhre 33 vorgesehen sein. Die Anschlußstücke 29 und 36 sind gegenüber der Wand des Rohres 10 abgedichtet. Aus der Fig. 3 ergibt sich, daß die zweite Drucksonde 32 mit Bezug auf die erste Drucksonde 27 stromaufwärts angeordnet ist. Diese beiden Drucksonden sind auch in Umfangsrichtung versetzt angeordnet, wie aus Fig. entnommen werden kann. Eine kleine Eintrittsöffnung 37 ist an der Röhre 33 vorgesehen und stromaufwärts entgegen der mit dem Pfeil 14 angezeigten Strömungsrichtung gerichtet. In einer beispielsweisen Ausführungsform beträgt der Durchmesser der Eintrittsöffnung 37 ungefähr die Hälfte des Durchmessers der öffnung 31.

Bei einem üblichen in Fig. 5 dargestellten Venturi-Meter sind die Durchmesser D1 und D2 einander gleich. Der Druck an der Stelle P1 ist der statische Druck. Der Druck P2 ist kleiner als der Druck P1,-wenn eine Flüssigkeitsströmung durch die Verengung fließt, da dort eine Beschleunigung der Strömung als Folge der Geschwindigkeit in der Verengung auftritt/ wo der Druck P2 abgenommen wird. Diese an Stellen außerhalb der Strömungsach&e und am Umfang des Strömungsbereiches abgenommenen Drücke zeigen das Druckgefälle und Geschwindigkeitsgefälle an, wie dies mit dem schraffierten Teil des Manometers 41 dargestellt wird. Wenn das offene Ende des Pitotrohres in der Achse des Druckbereiches P2 stromaufwärts gerichtet ist, trifft die Strömung auf das offene Ende des Pitotrohres. In diesem Fall wird das Geschwindigkeitsgefälle zu dem statischen Druckgefälle addiert, und es wird ein Druck erzeugt, der größer als der statische Druck ist. Diese Anordnung des Pitotrohres ist besonders nützlich, um damit eine größere Druckdifferenz anzuzeigen, wenn die Strömung durch die Rohrleitung einen extrem niedrigen Wert hat.

Die vorliegende Erfindung verhindert Druckverluste, die von derartigen Pitotrohranordnungen hervorgerufen werden. Die Drucksonde 27 dient der Anzeige des Drucks am Punkt der größten Beschleunigung. Die Drucksonde 32 ist so nahe wie möglich an dem Punkt der größten Beschleunigung angeordnet und nimmt den Gesamtdruck durch die üintrittsöffnung 37 ab. Die Drucksonden 27 und 32 greifen Differentialdrücke an den Stellen ab, wo diese Differentialdrücke je nach der Geschwindigkeit der an den öffnungen 31 und 37 vorbeifließenden Strömung am größten oder am kleinsten sind. Der Unterschied in den Drücken infolge der Strömungsänderung dient dazu, die Strömung abzutasten oder eine Grundlage für die Messung der Strömungsgeschwindigkeit zu schaffen,, wobei

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geeignete an den Anschlußstücken 29 und 36 angebrachte Anschlüsse zum Betreiben von Steuereinrichtungen dienen, welche ihrerseits zur Regulierung der Strömung in der Rohrleitung verwendet werden können. Während ein herkömmliches Venturi-Meter in begrenztem Umfang zur Ausführung dieser Funktionen in der Lage ist _t liefern die von den Strömungsgeschwindigkeiten in einem herkömmlichen Energie-UEsetzungssystem hervorgerufenen Differentialdrücke einen verhältnismäßig kleinen Bruchteil des Differentialdruckes/ welcher durch die Verwendung des oben beschriebenen, zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten von weniger als etwa 3 m/Sek. (10 ft/sec.) geeigneten Aufbaus realisiert wird. In der chemischen Industrie und in Raffinerien fallen Strömungsgeschwindigkeiten in Rohrleitungen bis herab zu etwa 15 cm/Sek. (1/2 ft/sec.) an. Diese Strömungseigenschaften machen Empfindlichkeiten erforderlich, die mehr als 6 mal grötter sind als solche, welche mit einem konvention' Ilen Venturi-Meter zu erhalten sind.

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Claims (2)

• · β Schutzansprüche

1. Gerät zur Erzeugung von Differentialdrücken als Folge einer Flüssigkeitsströmung in einer Verengung innerhalb einer starren Rohre, die eine im allgemeinen zylindrisch verlaufende innere Oberfläche besitzt, und in der ein erstes, kegelstumpfförmiges, aus Blechmaterial hergestelltes Element angebracht ist, dessen mit dem größten Durchmesser versehenes Ende an dem Rohr befestigt und gegenüber der Innenfläche des Rohres abgedichtet ist, und das sich innerhalb des Rohres in eine stromabwärts verlaufende Richtung verjüngt, dadarch gekennzeichnet, daß der kleinste Durchmesser eines zweiten, aus Blechmaterial hergestellten kegelstumpfförmigen Elementes (18} mit dem kleinsten Durchmesser des ersten kegelstumpfförmigen Elementes (16) verbunden ist und in diesen übergeht, wobei die Enden mit dem kleinen Durchmesser fine Verengung (17) hervorrufen, die eine im wesentlichen genau kegelstumpfförmige, innere, in Richtung stromabwärts divergierende Oberfläche aufweist; daß die kegelstumpfförmigen Elemente urd die Verengung eine Anordnung zur Energieumformung aus Blechmaterial darstellen; daß die dazwischenliegenden äußeren Oberflächen der beiden konisch verlaufenden Elemente im Abstand vom Rohr angeordnet sind und einen zwischen der Außenseite der kegelstumpfförmigen Elemente und der Innenseite des Rohres kreisförmigen Bereich (26) bilden, und der Durchmesser des stromabwärts gelegenen Endes (19) des zweiten Kegelstumpfes kleiner als die innere Oberfläche des Rohres ist und einen kreisförmigen Durchlaß (24) bildet, der den kreisförmigen Bereich und das Innere des Rohres verbindet; daß das stromabwärts gelegene Ende des zweiten kegelstumpfförmigen Elementes an dem Rohr nicht befestigt ist und ein Ausdehnen umd Sichzusammenziehen des Blech-

materials der Anordnung zur Energieurnformung in Längsrichtung gegenüber dem Rohr zuläßt; daß die aus Blechmaterial aufgebaute Anordnung zur Energieumforiming eine Öffnung (31) an der Verengung (17) zum Abgreifen des niederen Druckes aufweist; daß eine Röhre (33) an einer in der Nähe der Verengung stromaufwärts gelegenen Stelle durch das erste kegelstumpfförmige Element hindurchragt; daß diese Röhre eine Eintrittsöffnung (37) im Inneren des ersten kegelstumpffönnigen Elementes (i^r·) aufweist, die stromaufvärts gerichtet ist, um die Summe aus dem statischen Druckgefälle beim Erreichen des durch die Verengung bedingten Geschwindigkeitsgefalles abzugreifen; und daß das Innere des Rohres (33) außerhalb des Durchmessers der Verengung angeordnet ist.

2. Gerät zur Erzeugung von Differentialdrücken als Folge einer Flüssigkeitsbewegung in einem verengten Durchgang innerhalb einer starren Rohrs, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre (33) von der ersten öffnung (31) in Umfangsrichtung versetzt angeordnet ist.